蓝藻菌落的线性和非线性力学

有毒蓝藻水华是一个日益严重的环境问题，影响淡水生态系统、饮用水供应和公共卫生。蓝藻微囊藻是最重要的水华形成物种之一。它通常以大型菌落形式生长，这增强了其浮力、减少了被摄食并改善了营养调节。微囊藻细胞由胞外聚合物（EPS）基质结合在一起，使得菌落力学对水华形成至关重要。然而，对蓝藻菌落的生物力学特性以及这些特性如何与营养物可用性等环境条件相关的分析仍然基本缺失。在此，我们使用微管力传感器在单细胞分辨率下量化单个菌落的线性和非线性力学特性。体剪切流变学通过探测宏观特性补充了这些测量。测得的拉伸强度和屈服应力与细菌生物膜的广泛可比，并且远大于风力混合湖泊中通常发现的水动力应力。这意味着蓝藻菌落对自然混合过程造成的破碎具有高度抵抗力。我们还表明，低营养物可用性，特别是低磷，会产生更强的菌落，表明 EPS 的结构变化。总体而言，我们的结果将力学测试确立为一种工具，用于更全面且基于物理地理解蓝藻菌落形成。